尼勒克縣新疆黑蜂蜂蜜游離氨基酸的測定及分析

師豐豐，尹 欣,2, ，張海峰，張 敏，張致豪,4，張金振，周金慧, ，孫麗萍,

（1.中國農業科學院蜜蜂研究所，北京 100093；2.福建農林大學食品科學學院，福建福州 350002；3.尼勒克縣種蜂場，新疆伊犁 835700；4.福建農林大學動物科學學院（蜂學學院），福建福州 350002）

蜂蜜主要成分為葡萄糖、果糖和水，此外還有蛋白質、氨基酸、多酚、有機酸和礦物質等[1?3]。蜂蜜中氨基酸來源有花粉、花蜜和蜜蜂等，其約占蜂蜜的1%，通常脯氨酸可占總氨基酸50%以上[4?5]。氨基酸是蛋白質的組成原料，是蜜源植物所必需的營養物質，影響蜜源植物生長發育，同時也是人體所需營養物質之一[6?7]。氨基酸分為必需氨基酸和非必需氨基酸，必需氨基酸為機體所需，但人體無法自身合成，只能從自然界獲取，成人所需必需氨基酸共有8 種，分別為賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸，嬰兒必需氨基酸除此之外還包括組氨酸[8?10]，藥效氨基酸是人體不能合成，但又可維持機體氮平衡的氨基酸[11]。游離氨基酸是蜂蜜中的重要營養組成成分，為蜂蜜植物來源及其品質質量提供重要信息[12?14]，也是一類重要的風味物質，對蜂蜜滋味口感具有一定的影響作用，是食品品質評價的重要指標[15]。

蜂蜜中游離氨基酸測定方法主要包括氣相色譜技術（包括氣相色譜技術[16]（GC）和氣相色譜-質譜[5]（GC-MS）等）和液相色譜技術（包括液相色譜串聯質譜[17]（LC-MS/MS）、反向高效液相色譜[4]（RP-HPLC）、高效液相色譜-熒光檢測器[18]（HPLC-FLD）和親水相互作用色譜-液相色譜[19]（HILIC-HPLC）等）。由于蜂蜜中游離氨基酸主要來源于植物花蜜和花粉，因此，可通過各游離氨基酸組分含量進行蜂蜜蜜種及地理源區分。GILBERT 等[16]對產自英國、澳大利亞、阿根廷和加拿大的45 份蜂蜜樣品中的游離氨基酸進行測定分析，發現其可根據游離氨基酸將不同地區蜂蜜區分開來。SUN 等[4]通過對中國的5 種單花蜂蜜游離氨基酸測定發現，脯氨酸是大多數樣品的主要氨基酸，荊條蜜中苯丙氨酸含量較高，且通過化學計量學分析可鑒定單花蜜。尼勒克新疆黑蜂蜂蜜是由新疆黑蜂工蜂采集尼勒克地區各類山花、藥用植物等蜜源植物花蜜釀造而成[18,20]，其涵蓋尼勒克縣域內不同產區（不同溝系）生產蜂蜜。由于當地各溝系蜜源植物分布差異較大，以至于其所產蜂蜜口感、氣味等各具特色，因此，有必要對其各項營養理化組成含量進行測定和分析。本實驗室前期已對尼勒克新疆黑蜂蜂蜜中理化指標和維生素、礦物質等營養物質含量進行了分析探討，表明尼勒克新疆黑蜂蜂蜜各項營養理化指標富有地方特色，且達到了國內多個富硒蜂蜜地方標準限量，是一種極具開發潛力的地方特色蜜種[20]。

蜂蜜中游離氨基酸種類較多，逐一分析較為困難，積極利用相關統計方法，簡單明了地顯示數據特色與結果顯得尤為重要。主成分分析（principal component analysis，PCA）是一種統計方法，通過正交變換將一組可能存在相關性的變量轉換為一組線性不相關的變量，轉換后的這組變量稱為主成分，抽取出的主成分足以反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復[21]。聚類分析（cluster analysis）是一種無監督學習的統計方法，無需提前設定類或標記，由聚類學習算法自動對數據進行聚類的過程，能夠衡量不同數據源之間的相似性[22]。本研究測定了尼勒克7 個產區新疆黑蜂蜂蜜中游離氨基酸含量，對其進行差異顯著性分析，并利用主成分分析和聚類分析考察尼勒克新疆黑蜂蜂蜜的主要游離氨基酸和各產區蜂蜜間的差異情況。本研究探討了尼勒克地區7 個產區新疆黑蜂蜂蜜的游離氨基酸特色，以及其與當地蜜源植物多樣性和蜂蜜品質多樣性之間的可能關系，同時分析了利用游離氨基酸差異區分不同產區尼勒克新疆黑蜂蜂蜜的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

尼勒克新疆黑蜂蜂蜜采集自尼勒克種蜂場7 個不同產區（阿斯郎溝、寨布拉溝、小蜂場溝、狗熊溝、老布隆溝、塔燈溝、依森布谷溝），并依次記為A1、A2、A3、A4、A5、A7 和A8，其中A6 未獲得樣品，于2019 年7~8 月采集，置于?20 ℃保存至檢測[20]；磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、硼酸 分析純，上海麥克林生化科技有限公司；濃鹽酸 分析純，北京化學試劑研究所有限責任公司；甲醇、乙腈 色譜純，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；0.22 μm 濾膜 天津市津騰實驗設備有限公司。

LC-20AD 高效液相色譜儀 日本島津公司；PHS-3E pH 計 上海儀電科學儀器股份有限公司；Milli-Q Advantage A10 超純水儀 法國默克公司。

1.2 游離氨基酸測定

依據SN/T 5223-2019 蜂蜜中18 種游離氨基酸的測定—高效液相色譜-熒光檢測法[23]中相關方法進行測定。稱取3.0 g 蜂蜜，10 mL 超純水充分溶解，超純水定容至25 mL，取1 mL 溶液過0.22 μm濾膜，上機檢測。以0.1 mol/L 的鹽酸溶液配制濃度為500 pmol/μL 混標儲備液，再以同樣溶劑分別稀釋至 0.5、1.0、2.5、5.0、10.0、25.0 pmol/μL 的混合標準溶液。色譜柱為氨基酸分析柱，150 mm×4.6 mm（內徑），3.5 μm；柱溫：40 ℃；自動進樣器：定量環規格為100 μL；流動相：A%（磷酸二氫鈉緩沖溶液），B%（乙腈:甲醇:水=45:45:10（v/v/v））。

蜂蜜中游離氨基酸的含量按照以下公式計算：

式中：X：試樣中游離氨基酸的含量， mg/kg；A：被測樣品中游離氨基酸的峰面積；b：標準曲線方程的截距；k：標準曲線方程的斜率；D：二次稀釋倍數；V：樣品的定容體積， mL；m：試樣的質量， g。

1.3 數據處理

所有數據均進行三次平行測定，結果以平均值±標準差表示。方差顯著性（P＜0.05）通過SPSS 26.0 分析，主成分和聚類分析通過SAS 9.4 軟件計算分析。采用Origin Pro 2021 軟件和Excel 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 新疆黑蜂蜂蜜游離氨基酸組分分析

游離氨基酸混合標準品色譜圖和尼勒克新疆黑蜂蜂蜜中游離氨基酸色譜圖如圖1 所示。尼勒克7產區新疆黑蜂蜂蜜游離氨基酸含量檢測結果如表1所示，A3 產區總游離氨基酸含量為805.94 mg/kg，顯著（P＜0.05）高于其他6 個產區（458.98~619.82 mg/kg）；總游離氨基酸含量最低的產區為A1、A2 和A7，含量不到500 mg/kg，顯著低于其他各產地（P＜0.05）。云南6 種單花蜂蜜（桔花蜜、紫云英蜜、苦刺花蜜、槐花蜜、姚安硬蜜和桉樹蜜）的總游離氨基酸含量為441.29~713.00 mg/kg[24]，本研究中A2（459.98 mg/kg）和A7 產區（458.98 mg/kg）游離氨基酸含量與姚安硬蜜（441.29 mg/kg）相當，A5 產區（619.82 mg/kg）游離氨基酸含量與槐花蜜（615.86 mg/kg）相當，A3 產區（805.94 mg/kg）游離氨基酸含量高于桉樹蜜（713.00 mg/kg）。

圖1 游離氨基酸色譜圖Fig.1 Chromatogram of free amino acids注：a：混合游離氨基酸標準品；b：尼勒克新疆黑蜂蜂蜜中游離氨基酸；1：天冬氨酸；2：谷氨酸；3：絲氨酸；4：組氨酸；5：甘氨酸；6：蘇氨酸；7：精氨酸；8：丙氨酸；9：酪氨酸；10：纈氨酸；11：蛋氨酸；12：苯丙氨酸；13：異亮氨酸；14：亮氨酸；15：賴氨酸；16：脯氨酸。

尼勒克7 產區蜂蜜均以脯氨酸（135.28~206.75 mg/kg）和苯丙氨酸（83.28 ~321.43 mg/kg）為主要游離氨基酸，二者含量占總游離氨基酸的58.15%~65.95%，其中A1、A2、A4 和A7 產區脯氨酸含量高于苯丙氨酸，而A3、A5 和A8 產區二者正相反。A3 產區苯丙氨酸含量為321.43 mg/kg，占A3 產區總游離氨基酸的39.88%，為7 個產區中最高，約為含量最少的A1 產區（83.28 mg/kg）的4 倍；同時，脯氨酸含量為206.75 mg/kg，酪氨酸含量為80.33 mg/kg，均顯著高于其他6 個產區（P＜0.05）；其絲氨酸、組氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸和異亮氨酸亦為7 個產區最高。文獻顯示蜂蜜中含量較多的游離氨基酸通常為脯氨酸，占總游離氨基酸的50%左右，其次為苯丙氨酸[25]，有些蜂蜜由于蜜粉源植物等因素苯丙氨酸會高于脯氨酸[18]，本研究中尼勒克縣7 產區新疆黑蜂蜂蜜苯丙氨酸含量也相對較高，A3、A5 和A8 產區含量超過脯氨酸，尤其在A3和A8 產區脯氨酸含量僅占總游離氨基酸的25%左右，而苯丙氨酸含量則占到40%左右。蜂蜜中脯氨酸的來源之一為蜜蜂，而新疆黑蜂蜂蜜中脯氨酸含量占比較低的原因可能有新疆黑蜂蜂種本身的因素以及當地蜜粉源植物中苯丙氨酸等較高[25]的因素，可待進一步研究解析。

2.2 氨基酸評價

2.2.1 必需氨基酸（EAA） 根據FAO/WHO 提出的理想蛋白質標準以人體必需氨基酸（EAA）含量占總氨基酸（TAA）含量的40%左右，必需氨基酸（EAA）與非必需氨基酸（NEAA）比例在60%以上為佳[26]。由表1 可知，尼勒克7 個產區新疆黑蜂蜂蜜中EAA/TAA 為33.73%~51.84%，其中，以A2、A4 和A7 產區新疆黑蜂蜂蜜EAA/TAA 更加接近40%；EAA/NEAA 在50.89%~107.66%之間，尤其A3、A5 和A8 占比高達90%以上，因此，尼勒克新疆黑蜂蜂蜜具有較好的營養補充潛力。

表1 新疆黑蜂蜂蜜游離氨基酸含量（mg/kg）Table 1 The content of free amino acid of Xinjiang Black bee honey (mg/kg)

2.2.2 藥效氨基酸（MAA） 由表1 可知，7 個產區新疆黑蜂蜂蜜中藥效氨基酸含量在37.92%~57.94%之間，其中，A3、A5 和A8 產區藥效氨基酸占比在51.36%~57.94%之間，與冬蟲夏草[27]藥效氨基酸含量相似，高于紅棗[28]藥效氨基酸含量，具有良好的藥效活性。

圖2 為尼勒克7 產區新疆黑蜂蜂蜜中各藥效氨基酸占總藥效氨基酸的比例。由圖2 可知，苯丙氨酸為主要的藥效氨基酸，占總藥效氨基酸的46.43%~75.34%，除A1 產區（46.43%）和A7 產區（48.06%）外，其他各產區藥效氨基酸中苯丙氨酸占比均大于54%，其中，A3 產區更是達到75.34%；除苯丙氨酸外，占總藥效氨基酸含量較高的分別是谷氨酸（6.03%~14.45%）和賴氨酸（4.85%~11.75%），谷氨酸在A1 和A7 產區蜂蜜藥效氨基酸中占比較高，分別為10.08%和14.45%；賴氨酸在A1 和A2 產區蜂蜜藥效氨基酸中占比較高，分別為11.75%和10.16%；精氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸和甘氨酸在各產區蜂蜜藥效氨基酸中占比均低于10%。

圖2 新疆黑蜂蜂蜜各藥效氨基酸占比Fig.2 The proportion of each pharmacodynamic amino acid of Xinjiang Black bee honey

綜上所述，可推測尼勒克新疆黑蜂蜂蜜中主要發揮藥效作用的氨基酸為苯丙氨酸，在A1 產區蜂蜜中谷氨酸和賴氨酸效用僅次于苯丙氨酸，A2 產區黑蜂蜂蜜中為賴氨酸，A7 產區黑蜂蜂蜜中為谷氨酸。研究表明苯丙氨酸能夠提高人體血液中膽囊收縮素（cholecystokinin，CCK）濃度，從而降低十二指腸蠕動，影響機體食欲[29?30]；谷氨酸能夠增強學習和記憶能力、解毒保肝，還可以治療神經損傷、癲癇等疾病[31?32]；賴氨酸能夠促進鈣吸收、提升智力、促進生長發育[11]；亮氨酸能夠改善癌癥等引起的惡病質，包括肌肉萎縮、營養不良、炎癥等[33?34]。

2.2.3 呈味氨基酸

2.2.3.1 呈味氨基酸含量 食品中游離氨基酸根據呈味特征可以分為四大類，分別是鮮味氨基酸（谷氨酸、天冬氨酸和賴氨酸）、甜味氨基酸（蘇氨酸、甘氨酸、組氨酸、丙氨酸和脯氨酸）、苦味氨基酸（蛋氨酸、精氨酸、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸）和芳香氨基酸（苯丙氨酸和酪氨酸）[11]。對尼勒克地區新疆黑蜂蜂蜜中呈味氨基酸含量進行統計分析，結果如圖3所示。

圖3 新疆黑蜂蜂蜜各產區呈味氨基酸含量Fig.3 Contents of taste-active amino acids in different production areas of Xinjiang Black bee honey

由圖3 可知，A3（782.88 mg/kg）和A5 產區（601.99 mg/kg）新疆黑蜂蜂蜜呈味氨基酸總含量較高；A3 產區顯著高于其他6 個產區（P＜0.05），或許可得出A3 產區蜂蜜具有更加豐富的口味；A4（499.41 mg/kg）和A8 產區（505.61 mg/kg）間呈味氨基酸含量無顯著性差異（P＜0.05）；A1（451.56 mg/kg）、A2（445.38 mg/kg）和A7 產區（444.84 mg/kg）呈味氨基酸含量最低，且相互無顯著性差異（P＜0.05）。

2.2.3.2 呈味氨基酸含量滋味特征 根據鮮味氨基酸、甜味氨基酸、苦味氨基酸和芳香氨基酸分類，對7 個產區蜂蜜中氨基酸含量進行計算，并通過雷達圖直觀顯示不同產區蜂蜜中各類氨基酸含量差異，結果如圖4 所示。雷達圖是一種可將多種維度數據在二維平面上直觀顯示的圖示，便于人們觀察總結各樣本點之間的關系特點，從而做出歸納分類[35]。

圖4 新疆黑蜂蜂蜜各產區不同滋味氨基酸分布Fig.4 Distribution of amino acids with different flavors in different production areas of Xinjiang Black bee Honey

由圖4 可知，尼勒克7 個產區蜂蜜的呈味氨基酸主要以甜味氨基酸和芳香氨基酸為主，鮮味氨基酸和苦味氨基酸較少且各產區蜂蜜中都相對均衡。A1、A2 和A7 產區蜂蜜主要以甜味氨基酸為主，其中脯氨酸（169.82~195.24 mg/kg）含量貢獻最大；A4 產區蜂蜜甜味氨基酸（237.71 mg/kg）略高于芳香氨基酸（166.88 mg/kg）；而A3 產區蜂蜜主要以芳香氨基酸苯丙氨酸（321.43 mg/kg）為主；A5 產區蜂蜜甜 味 氨 基 酸（ 250.74 mg/kg） 和 芳 香 氨 基 酸（242.84 mg/kg）含量相對均衡；A8 產區蜂蜜則芳香氨 基 酸（ 222.54 mg/kg） 略 高 于 甜 味 氨 基 酸（176.03 mg/kg）。二者含量的差異可能對尼勒克7個產區新疆黑蜂蜂蜜豐富的口感發揮一定的作用。

2.3 主成分分析

將尼勒克7 個產區（A1~A5、A7、A8）的蜂蜜依次記為1~7，對檢測到的16 種氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸、絲氨酸、組氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸、酪氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、脯氨酸）依次編號為X1-X16，進行主成分分析，以探討尼勒克地區新疆黑蜂蜂蜜中主要游離氨基酸組成成分。

主成分分析主要運用于對數據進行降維分析，用較少的變量解釋全部數據變量，Z1、Z2……Z15、Z16 依次代表對原始數據經運算后按方差貢獻率排序的主成分值，結合表2 方差累計貢獻率高于86.08%和陡坡圖（圖5），選取前3 個主成分用來解釋全部數據變量。由表3 可知，主成分Z1 與絲氨酸、組氨酸和甘氨酸相關性較強，其方差貢獻率為51.91%；主成分Z2 與谷氨酸和蛋氨酸相關性較強，其方差貢獻率為22.30%；主成分Z3 與蘇氨酸、精氨酸和亮氨酸相關性較強，其方差貢獻率為11.86%。

表2 相關矩陣特征值Table 2 Correlation matrix eigenvalues

表3 主成分分析特征向量Table 3 Principal component analysis eigenvectors

圖5 主成分分析scree plot 圖Fig.5 Scree plot of principal component analysis

2.4 聚類分析

以測得的尼勒克7 個產區新疆黑蜂蜂蜜中16 種游離氨基酸為變量，采用SAS 9.4 聚類分析對七個產區新疆黑蜂蜂蜜進行聚類，各產區之間聚類距離越遠，其各類間區分越好，結果見圖6。16 種游離氨基酸聚類分析結果顯示，當聚類距離在0.9~1.5 之間時，七個產區被分為兩類，A3 產區（圖中OB3）為一類，其他產區為一類；當聚類距離在0.5~0.8 之間時，七個產區被分為三類，A3 產區為一類，結合檢測數據可知該類蜂蜜游離氨基酸總量遠高于其他產區蜂蜜，芳香氨基酸含量高于其他產區，A5（圖中OB5）和A8（圖中OB7）產區為一類，該類蜂蜜氨基酸總量及呈味氨基酸總量均僅次于A3 產區蜂蜜，亮氨酸含量明顯高于其他產區，其他產區為一類，該類蜂蜜氨基酸總量最低，但其藥效氨基酸中甘氨酸和蛋氨酸含量較高。

圖6 聚類分析樹狀圖Fig.6 Dendrogram of cluster analysis注：OB1、OB2、OB3、OB4、OB5、OB6、OB7 依次代表尼勒克縣A1、A2、A3、A4、A5、A7、A8 產區蜂蜜。

3 結論

本研究采用行業標準方法對尼勒克7 個產區的新疆黑蜂蜂蜜中18 種游離氨基酸進行測定分析，結果表明：所有產區均檢測到16 種游離氨基酸，其總含量為458.98~805.94 mg/kg，A3 產區蜂蜜中游離氨基酸含量（805.94 mg/kg）遠超其他6 個產區（≤619.82 mg/kg），聚類分析顯示，A3 產區獨立成類，與其他產區能夠完美分離。尼勒克新疆黑蜂蜂蜜游離氨基酸具有較高的藥效氨基酸占比（37.92%~57.94%），其主要藥效氨基酸為苯丙氨酸；呈味氨基酸以芳香族氨基酸和甜味氨基酸為主，但各產區間二者含量差異較大，A3 產區呈味氨基酸總量也是遠高于其他6 個產區，各產區間游離氨基酸種類及含量的變化體現出當地蜜源植物的多樣性，本研究將為解析尼勒克地區新疆黑蜂的蜂蜜特色提供科學數據，為地方蜂蜜產業宣傳及發展提供理論依據。